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TA-PROJEKT: HIRNFORSCHUNG
TAB-BRIEF NR. 31 / JUNI 2007
ERGEBNISSE DER HIRNFORSCHUNG –
VOM FREIEN WILLEN ZUR NEUROINTERVENTION
»The decade of the brain« wurde bereits 1990 von US-Präsident Bush senior
ausgerufen – aber dann wurde daraus doch eher die Dekade des Genoms, weil
die DNA-Sequenzierung der menschlichen Chromosomen mit exponentiell
steigenden Analyse- und Rechenkapazitäten schneller als erhofft gelang. Aber
auch ohne die Rede vom »Jahrzehnt des Gehirns« wieder aufzunehmen, haben
die Neurowissenschaften etwa seit dem Jahr 2000 eine Fülle neuer Ergebnisse
hervorgebracht, insbesondere durch die Fortschritte bei den bildgebenden
Verfahren – wobei oft unklar ist, ob es sich dabei tatsächlich um Erkenntnisse
oder nicht eher um immense Datenansammlungen handelt. Auf jeden Fall sind
Dimensionen und mögliche Konsequenzen der Hirnforschung verstärkt in der
öffentlichen Debatte aufgetaucht, so in Diskussionen zur physiologischen
Grundlage von Willen und Verantwortung oder in Kontroversen über neue
Möglichkeiten psychischer Manipulation und mentaler Optimierung. Der
aktuelle TAB-Bericht »Hirnforschung« gibt einen umfassenden Überblick zum
Stand der Forschung sowie zu den wissenschaftsinternen und öffentlichen
Debatten.
FORTSCHRITTE IN DER
GRUNDLAGENFORSCHUNG
Die modernen Neurowissenschaften
bedienen sich nahezu sämtlicher naturwissenschaftlicher Arbeits- und
Methodenbereiche und stellen damit
keine einzelne Disziplin dar, sondern
bilden ein multidisziplinäres Forschungsfeld. Üblicherweise werden die
verschiedenen Zugangsweisen und
Forschungsgegenstände der Neurowissenschaften drei Beschreibungsebenen zugeordnet (Abb. 1):
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ABB. 1
Die bisherigen Grenzen für das Verständnis der biologischen Grundlagen
mentaler Leistungen und Vorgänge
und damit die wesentlichen Herausforderungen für die Forschung liegen
auf der sogenannten mittleren Ebene
der Neuronenverbände. Hier werden
die durch die Sinnesorgane in das Gehirn geleiteten Reize in Informationen
und sinnhafte mentale Inhalte (Emotionen, Begriffe, Gedanken) übersetzt.
STRUKTURIERUNG DES FORSCHUNGSGEBIETS »HIRNFORSCHUNG«
einer subzellulären und zellulären
Ebene,
einer mittleren Ebene neuronaler
Netzwerkverbände sowie
der Ebene funktionaler Systeme,
die den Blick auf die Gesamtfunktion des Hirns richtet.
Die Erkenntnisfortschritte der letzten
Jahre betreffen insbesondere die subzelluläre und zelluläre Ebene sowie die
(übergeordnete) Ebene der funktionellen Systeme. So ist es auf der Ebene
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der funktionellen Systeme (insbesondere durch bildgebende Verfahren)
gelungen, die Kartierung des Gehirns
deutlich zu verfeinern, d.h. verschiedene mentale Leistungen bestimmten
Hirnregionen zuzuordnen. Auf der
zellulären und subzellulären Ebene
konnten der Aufbau, die elektrophysiologische Wirkungsweise und
die Zusammenarbeit von Neuronen
(Nervenzellen) aufgeklärt werden.
Durch die Molekulargenetik ist es
gelungen, bestimmte Neuronengruppen molekular zu charakterisieren
und bestimmten Leistungen zuzuordnen. Ebenso ist man bei der Lokalisierung und der Klärung der Bedeutung von Neurotransmittern als
Boten- und Überträgerstoffe zwischen
Nervenzellen deutlich vorangekommen, womit auch neue Therapiemöglichkeiten für psychische Erkrankungen eröffnet wurden.
Quelle: TAB-Hintergrundpapier Nr. 15 (Autoren: Roloff, N., Beckert, B.), 2006, S. 11
GEIST UND GEHIRN – NEUE
ANTWORTEN AUF EINE
ALTE FRAGE?
Für besondere öffentliche Aufmerksamkeit haben in den vergangenen
Jahren weitreichende erkenntnistheoretische und philosophische Thesen
führender Neurowissenschaftler zu
den Möglichkeiten einer naturwissenschaftlichen Erklärung geistiger Prozesse gesorgt. Ihnen zufolge würden
die Erkenntnisse der modernen Neurowissenschaften zu einer Umwälzung
des menschlichen Selbstverständnisses, d.h. unserer Vorstellungen von
Subjektivität und personaler Identität,
von Selbstbewusstsein, Willen und
Handlungssteuerung, führen. Der
TAB-Bericht unternimmt einen Durchgang durch die Diskussion zwischen
Neurowissenschaften, Philosophie
und Kulturwissenschaften – wohl wissend, dass dieser den Fachleuten
sicherlich verkürzt erscheinen mag,
während er den Nichtfachleuten ein
gehöriges Stück Erkenntnisenthusiasmus (oder auch Leidensfähigkeit) abverlangt.
Als Resultat wird herausgearbeitet,
dass weitreichende Thesen zur Determination geistiger Vorgänge durch
neuronales Geschehen im Gehirn und
zum illusionären Charakter der Willensfreiheit bisher empirisch nicht hin-
reichend gestützt sind. Von einigen
Protagonisten der Neurowissenschaften wird den Geisteswissenschaften
vorgeworfen, deren Konzepte zum
Verhältnis von Geist und Gehirn liefen
letztlich auf die naturwissenschaftlich
unhaltbare Annahme der Existenz
einer unabhängigen geistigen Substanz
neben dem Materiellen hinaus, weil
sie nicht erklären könnten, wie geistige Prozesse auf der Basis neuronaler
Aktivität realisiert werden. Dieser
Vorwurf einer »Erklärungslücke«
kommt jedoch wie ein Bumerang zu
den Neurowissenschaften zurück, solange sie das Problem der Herstellung
von Bedeutung durch einen wie auch
immer gearteten »neuronalen Code«
(also auf der mittleren Ebene der neuronalen Netzwerkverbände) nicht
lösen können.
Aus diesem Grund sind auch Folgerungen aus den Fortschritten der
Neurowissenschaften für das Strafrecht – z.B. hinsichtlich der Frage
nach freiem Willen und Schuld eines
Täters – nicht zwingend. Hierfür wäre
es nötig, den Hirnzustand, der unmittelbar vor einer Straftat bestand,
rekonstruieren und die Entscheidung
zur Tat als durch diesen Hirnzustand
determiniert beweisen zu können. Da
die Forschung hiervon noch meilenweit entfernt zu sein scheint, ist auf
absehbare Zeit kein ernsthafter Anlass
für eine grundsätzliche Revision unserer Auffassung von freiem Willen, von
Schuld und Verantwortung erkennbar.
Insgesamt lässt sich die Frage nach
den möglichen gesellschaftlichen Konsequenzen der Erkenntnisse oder Thesen der Neurowissenschaften zum
Verhältnis von Geist und Gehirn
daher – einer in der philosophischen
Diskussion gängigen Position folgend
– derzeit durchaus (noch) mit »So
what?« beantworten.
BESSER LERNEN, MEHR
WISSEN DURCH HIRNFORSCHUNG?
Ein spezielles Interesse sowohl der allgemeinen Öffentlichkeit als auch der
Bildungsforschung an den Methoden
und Erkenntnissen der Hirnforschung
begründet sich in der Hoffnung, dass
diese zu einem besseren Lernen beitragen können. Ein genauerer Blick zeigt
jedoch, dass die bisherigen Ergebnisse
der neurophysiologischen Forschung
im Kontext von Lernen äußerst selten
eindeutig interpretierbar sind. Zwar
wird heute besser verstanden, warum
Menschen in bestimmten Abschnitten
ihres Lebens verschiedene Dinge
unterschiedlich gut lernen, wie bestimmte Lernvorgänge physikalisch
bzw. chemisch im Gehirn realisiert
werden oder wie sich Lernvorgänge in
der Gehirnarchitektur niederschlagen.
Doch welche Aktivitäten genau im
Gehirn ablaufen, bevor es zu einem
entsprechendem Lernerfolg kommt,
gehört zu den nach wie vor ungeklärten Fragen. Wenn neuronale Voraussetzungen fehlen, bleiben bewährte
Lernumgebungen wirkungslos. Wenn
keine Lerngelegenheiten zur Verfügung stehen, bleiben Menschen mit
einem effizienten Gehirn inkompetent.
Die meisten Ursachen für Lernschwierigkeiten liegen zwischen diesen
beiden Extremen und lassen sich mit
der Lerngeschichte erklären.
Der TAB-Bericht diskutiert perspektivisch, was Hirnforschung und Bildungsforschung voneinander erwar-
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Trotz der Fortschritte bei der Charakterisierung verschiedener Neuronenverbände oder auch einer verbesserten Beschreibung ihres Zusammenwirkens ist man von einem tatsächlichen Verständnis, wie Neuronen
Bewusstsein realisieren, noch weit entfernt.
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TA-PROJEKT: HIRNFORSCHUNG
TAB-BRIEF NR. 31 / JUNI 2007
TA-PROJEKT: HIRNFORSCHUNG
ten können und welche Implikationen
sich aus neurophysiologischen Untersuchungen des menschlichen Gehirns
für kognitionswissenschaftliche und
lernpsychologische sowie pädagogische Theorien ergeben. Es wird gezeigt, dass Erkenntnisse aus der Hirnforschung zwar die Rahmenbedingungen beschreiben können, unter denen
erfolgreiches Lernen stattfinden kann,
dass aber die Beiträge der Neurowissenschaften bisher zu unbestimmt
sind, um z.B. konkrete Anleitungen
für die Gestaltung schulischer und
außerschulischer Lerngelegenheiten
geben zu können. Gleichwohl konnte
die Hirnforschung viele Ergebnisse
der langjährigen Lehr- und Lernforschung bestätigen: Bei einer Reihe
kognitionswissenschaftlicher Ergebnisse, psychologischer Einsichten und
pädagogischer Praktiken weiß man
heute besser, warum sie funktionieren
oder auch warum gerade nicht.
ABB. 2
KÜNSTLICHE NETZHAUT,
EXTERNE GEHIRNE:
NEUROPROTHETIK UND
NEUROENHANCEMENT
Die Fälle, in denen bereits neuroelektrische Schnittstellen eingesetzt werden, lassen sich in drei Gruppen einteilen:
Ein Anwendungsbereich der Hirnforschung, dessen technische Potenziale
öffentlichkeitswirksame utopische Szenarien angestoßen hat, ist die sogenannte Neuroprothetik. Da elektrische
Aktivität ein zentrales Element der
Signalübertragung zwischen Nervenzellen ist, lassen sich technische Systeme grundsätzlich über neuroelektrische Schnittstellen an das Nervensystem ankoppeln (Abb. 2). Hierdurch
ist es möglich, motorische und sensorische, prinzipiell aber auch kognitive
und emotionale Prozesse im Gehirn zu
beeinflussen. Das bislang konkreteste
Entwicklungsfeld ist die Medizin, utopische Projektionen richten sich auf
eine Leistungssteigerung des »normalen« Gehirns bzw. Nervensystems.
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FUNKTIONSPRINZIP EINER NEUROELEKTRISCHEN SCHNITTSTELLE
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Quelle: TAB-Arbeitsbericht Nr. 117 (im Erscheinen)
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Erkrankungen und Verletzungen
im Bereich der Sinnessysteme:
Hier werden auditorische (u.a.
Cochlea-Implantat) und visuelle
(Retinaimplantat) sowie Implantate zur Wiederherstellung des
Gleichgewichtssinns eingesetzt.
Erkrankungen und Verletzungen
des motorischen Systems: Hierzu
gehören u.a. Bewegungsstörungen,
deren Ursache im Bereich der unwillkürlichen Motorik liegt, wie
z.B. Morbus Parkinson, aber auch
Störungen der Willkürmotorik mit
Querschnittslähmung und Schlaganfall als Hauptursachen. Zum
Einsatz kommt u.a. die sogenannte Tiefenhirnstimulation.
Störungen des »milieu intérieur«
des menschlichen Körpers: Hierin
eingeschlossen sind chronische
Schmerzzustände, Zwangsneurosen, Depression und Epilepsie.
Die verwendeten Schnittstellen
(u.a. Vagusnerv-, Tiefenhirn-,
Motorkortex- und Rückenmarksstimulation) arbeiten ohne Anschluss an weitere externe technische Strukturen.
Der Entwicklungsstand der verschiedenen Systeme ist sehr unterschiedlich
und reicht von Stadien der Grundlagenforschung bzw. Erprobung an
einzelnen Probanden (z.B. bei Retinaimplantaten) bis hin zum breiten klinischen Einsatz (z.B. das Cochlea-Implantat zur Wiederherstellung des
Hörvermögens in über 100.000 Fällen weltweit oder der Rückenmarks-
Manche Visionen der Neuroprothetik
richten sich auf die Koppelung des
menschlichen Nervensystems an externe technische Strukturen, nicht um
pathologische Defizite auszugleichen,
sondern zur Kapazitäts- und Fähigkeitserweiterung (unter dem Schlagwort »Neuroenhancement«). Obwohl
eine gehörige Portion Skepsis angebracht sein dürfte, wie gezielt steuerbar denn mentale, kognitive und emotionale Vorgänge sind, erscheinen entsprechende Visionen von nicht zu
unterschätzender Bedeutung nicht nur
für die öffentliche Wahrnehmung des
Forschungsfeldes. Auch – und gerade
– eine wenig kontrollierte bzw. unkontrollierbare Beeinflussung des menschlichen Verhaltens, der Psyche und der
Persönlichkeit, würde allerdings massive ethische Fragen aufwerfen.
NERVOSITÄT, HYPERAKTIVITÄT, DEPRESSION,
DEMENZ: WAS LEISTET DIE
NEUROPHARMAKOLOGIE?
Die Allgegenwart des Themas ADHS
(Aufmerksamkeits-Defizit-Hyperaktivitäts-Störung) bei Kindern und Jugendlichen, die auch volkswirtschaft-
lich folgenreiche Zunahme von Angsterkrankungen und affektiven Störungen (z.B. Depression) in Deutschland,
Europa und weltweit sowie das immer
drängender werdende Problem der
Altersdemenz – dies sind nur drei
Beispiele für die Heterogenität und die
gesellschaftliche Bedeutung pathologischer Störungen der Hirnaktivität. Es
ist daher folgerichtig, dass die medizinisch orientierte, d.h. auf Krankheitsgeschehen fokussierte Forschung im
Gesamtgebiet der Hirnforschung bzw.
der Neurowissenschaften den wichtigsten Bereich repräsentiert, sowohl in
Bezug auf die öffentlichen und privaten Investitionen bzw. Ressourcen als
auch bezüglich der erzielten Erkenntnisse und Ergebnisse zur Funktion
und Dysfunktion des Gehirns bzw.
Nervensystems.
Hirnspezifische Krankheiten werden
üblicherweise in psychische (wie
Angsterkrankungen, Depression, Psychosen) und neurologische (wie Alzheimer, Epilepsie, Migräne, Parkinson) Erkrankungen unterteilt, wobei
eine klare Grenzziehung zwischen beiden Kategorien kaum möglich ist. Als
psychische Erkrankungen werden solche bezeichnet, deren Ursprünge überwiegend mit dem Gehirn assoziiert
werden, bei denen Veränderungen der
Persönlichkeit im Vordergrund stehen
und die – zumindest bislang – vorwiegend auf der Ebene der Symptome
beschrieben werden und nicht anhand
der (physiologischen) Mechanismen,
die zur Erkrankung führen.
Neurologische, vor allem neurodegenerative Erkrankungen spielen in der
alternden Gesellschaft eine wachsende
Rolle, gleichzeitig scheinen psychische
Krankheiten weltweit auf dem Vormarsch. Die (nur schwer bestimmbaren) Gesamtzahlen werden auf 25
bis 30 % Erkrankter in der Bevölkerung Deutschlands wie Europas geschätzt, darunter zwei Drittel psychisch Kranke.
Unterscheidung und Zuschreibung
von psychischen gegenüber neurologischen Erkrankungen – die auch das
periphere Nervensystem betreffen
können – sind deutlich von gesellschaftlichen Bewertungen geprägt:
Während Krankheiten des Nervensystems im Allgemeinen als »normale« Krankheiten wie Diabetes oder
Herz-Kreislauf-Erkrankungen gelten,
treffen psychisch Erkrankte oft auf
spezifische Vorbehalte.
Der TAB-Bericht zeigt anhand der
Krankheitsbilder Angsterkrankungen,
ADHS, Depression, Parkinson, Schizophrenie und ihrer Behandlungsansätze
exemplarisch die medizinische und
gesellschaftliche Bedeutung psychischer und neurologischer Krankheiten
auf. Das äußerst weite Spektrum analytischer, diagnostischer und therapeutischer Verfahren zur Erforschung und
Behandlung neurologischer und psychischer Krankheiten konnte insgesamt nur umrissen werden.
Einen Schwerpunkt bilden die wirkstofforientierten, pharmazeutischen
Verfahren, darunter besonders die
Psychopharmaka mit potenzieller
nichtmedizinischer Alltagsnutzung.
Ein (stark) zunehmender Einsatz von
Psychopharmaka im Alltagsleben ist
in den USA für größere Teile der Bevölkerung, gerade für die leistungsorientierten, belegt und wird in
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stimulation zur Behandlung von
Schmerzzuständen bei mehr als
50.000 Patienten). In letzter Zeit hat
sich die Entwicklung neuroelektrischer Schnittstellen allerdings stark
beschleunigt, und die Palette neuer
Einsatzbereiche vergrößert sich zusehends. Dieser Trend speist sich aus
den Fortschritten in der IuK-Technologie, der Miniaturisierung mechanischer und elektronischer Systeme
sowie den jüngsten Erkenntnissen zur
Funktionsweise des Gehirns.
TAB-BRIEF NR. 31 / JUNI 2007
TA-PROJEKT: HIRNFORSCHUNG
TAB-BRIEF NR. 31 / JUNI 2007
TA-PROJEKT: HIRNFORSCHUNG
Europa zunehmend beobachtet. Die
individuellen und gesamtgesellschaftlichen Folgen sind in vieler Hinsicht
wohl nur schwer absehbar, erscheinen
aber grundsätzlich weitreichend. Die
Diskussion gesellschaftlicher Tendenzen und Implikationen neuer medizinisch nutzbarer Ergebnisse der Neurowissenschaften muss (und wird) sich
daher in den nächsten Jahren ganz
zentral um den zunehmenden Einsatz
von Psychopharmaka zur Leistungssteigerung, zur Selbst- und zur Fremdmanipulation, drehen. Ein enger Bezug zum Problem der Zunahme neurodegenerativer Erkrankungen ergibt
sich daraus, dass viele Medikamente
zu deren Behandlung prinzipiell zur
Leistungssteigerung Gesunder eingesetzt werden könnten.
ABB. 3
FOLGENFORSCHUNG
WEITER GEFRAGT
Der TAB-Bericht zur Hirnforschung
macht an vielen Stellen deutlich, dass
insbesondere bei einer Reihe von
Entwicklungen in der medizinischen
Anwendung der Neurowissenschaften
vertiefende TA-Untersuchungen sinnvoll erscheinen, z.B. zur Entwicklung
neurodegenerativer Erkrankungen in
einer alternden Gesellschaft und den
sich hieraus ergebenden Herausforderungen für das Gesundheitssystem.
Das Aufgreifen dieser Problematik
würde allerdings einen Ansatz erfordern, der über das Thema »Neurowissenschaften« hinausgreift und gesellschafts- wie gesundheitspolitische
Fragestellungen einbezieht.
ANATOMIE DES MENSCHLICHEN GEHIRNS
Als im engeren Sinn hirnforschungsspezifische Fragestellung bietet sich
insbesondere ein TA-Projekt zum
Thema »Pharmakologische und technische Neurointerventionen: Nutzen
und Risiken in Medizin und Alltag«
an. Damit würde das aktuell besonders in der politischen Diskussion
stehende Problem der möglichen Verbesserung und Steigerung menschlicher Leistungen durch den Einsatz
neurowissenschaftlicher Erkenntnisse
(»cognitive enhancement«) thematisiert, und es würden die nach den
Ergebnissen der vorliegenden Studie
gesellschaftlich und politisch bedeutendsten wissenschaftlich-technischen
Entwicklungen (Psychopharmaka und
neuroelektrische Schnittstellen) in den
Blick genommen. Mit dem Thema
Enhancement ergäbe sich zudem ein
Bezug zur aktuell forschungspolitisch
relevanten Debatte um die Konvergenz von Nanotechnologie, Informatik, Bio- und Neurowissenschaften
(»converging technologies«).
KONTAKT
Dr. Arnold Sauter
030/28 491-110
[email protected]
HINWEIS ZUR
VERÖFFENTLICHUNG
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Quelle: http://www.uni-potsdam.de/portal/mai04/forschung/parkinson.htm
Der Bericht wird nach der Abnahme
durch den Deutschen Bundestag als
TAB-Arbeitsbericht Nr. 117 erscheinen.